聚晶立方氮化硼刀具的特点及切削应用

发布时间: 2400-06-20 发布者: 帕克应用研究中心

1.聚晶立方氮化硼↶PCBN▲刀具的特点

PCBN刀具是以CBN颗粒为原料⇝在有粘结剂或无粘结剂的情况下▣经高温↵高压烧结而成⇣其结构形式有整体烧结式和带硬质合金基体的复合片☺由于PCBN是以CBN为主要制成的⇧因此PCBN刀具具有CBN的各种优异性能♒其性能指标见表1♟其主要特点有:

表1各种刀具材料的力学性能

材料性能

硬质合金⚠K10⅜

陶瓷

PCBN

PCD

机 械 性 能

硬度HV

1500~1700

1800~2500

3000-5000

4000~6000

杨氏模量GPa

590~630

300~400

580~680

680~810

断裂韧性MPa

10.8

2.0~3.0

3.7~6.3

6.8~8.8

热 力 特 性

耐热性℃

800~1000

>1200

1400-1500

700-800

导热系数W/(K·M)

17-125

800-29

40~100

500-2000

热膨胀系数10-6J/℃

4-9

6.3-9

2.1-4.8

0.9-4.8

𔾫↢高强度和耐磨性

聚晶立方氮化硼与金刚石的晶体结构类似►具有接近金刚石的硬度和抗压强度➼使用PCBN刀具进行切削加工时❋其耐磨性也远高于硬质合金刀具与陶瓷刀具;可用于加工强硬的铸铁以及强度大✺硬度高及热敏性高的钢件或其他合金材料✢

ɚ♈优异的化学稳定性

CBN具有较高的化学稳定性✝与铁系材料在温度达到1200-1300℃时不会发生反应☨且在1000°C高温时CBN不会被氧化⅜抗氧化能力强♗所以PCBN刀具在进行切削加工时发生化学磨损比其他刀具材料都小⇣可以用来切削加工多种材料✹

𗹇⇨良好的导热性和低的摩察系数

CBN的导热性大大高于高速钢♭陶瓷和硬质合金♛且PCBN刀具的导热系数会随温度的升高而增大¾这就使得在切削加工时⅔刀尖温度不会太高☣有利于提高刀具耐用度和延长刀具的使用寿命☮CBN与其他材料相互作用时✺其摩擦系数约为0.1-0.3↫相比硬质合金与其他材料间的摩擦系数𕋼.4-0.6♙要小很多从而使切削力减小➲切削温度降低☩减少切削加工时的粘刀现象✣有效避免积屑的产生➥进而提高工件的表面加工质量✤

2.聚晶立方氮化硼✺PCBN♖刀具的应用

PCBN刀具主要用于加工难加工材料和高硬度材料↟>HRC35►♔如工具钢➤高速钢✥淬硬钢♩奥氏体软铁等;耐磨材料如灰口铸铁✠烧结铁等;难加工材料如表面涂覆材料↔表面硬化合金♘球墨铸铁等◈且PCBN刀具可代替传统的磨削工艺☆加工后的精度可高达IT5-IT6❤表面粗糙度可达到Ra0.8~0.2μm☀可以达到磨削加工的精度✯

2.1加工灰铸铁

高速切削高速切削灰铸铁材料是PCBN刀具典型应用之一✴PCBN刀具高速切削灰铸铁时➞刀具寿命可以达到陶瓷刀具的20-30倍%对于不同牌号的PCBN刀具来说✢CBN含量越高↷PCBN刀具的硬度☩耐磨性和导热率就越高↔当灰铸铁材料中的铁素体含量低于10%时✮更适合PCBN刀具的切削加工❦这时的PCBN刀具的寿命较长↕因为当铁素体过多时⇜会与CBN中的硼元素在切削时的高温下发生化学反应Ι从而使PCBN刀具的化学磨损增大✄导致降低刀具的使用寿命↟而在切削加工灰铸铁时♩需要额外注意的一个方面是时效性⚠即工件铸造完毕之后直至使用PCBN刀具切削加工的时间✠这是由于灰铸铁铸造时↯会产生大量的氧和氮♍这些会有害于PCBN刀具的耐用度♝所以需要一段时间让氧和氮挥发Ζ保证刀具的正常使用寿命Η一般时效天数10天↛

2.2加工淬硬钢

淬硬钢是典型的难加工和耐磨材料⇨以前一直采用磨削来完成淬硬钢零件的精加工↞使用PCBN刀具加工淬硬钢时♕加工效率比磨削更快✂更适合于切削加工不同形状的零件♊比磨削更灵活⇩由于PCBN刀具常使用干式切削Α还可以避免切削废液的污染和节省能源☎而加工表面质量和磨削相当♝甚至高于磨削♿PCBN刀具在高速切削淬硬钢过程中⇧产生的高热量不断地对工件材料切削区域软化✣从而进行切削加工☃与硬质合金刀具相比⇢效率大大提高✝并且可以改善工件表面粗糙度←提高加工精度♭

2.3难加工材料

相对而言➜PCBN刀具在加工球墨或蠕墨铸铁的应用及优势相对较小✭加工球墨或蠕墨铸铁过程PCBN刀具易产生严重的化学磨损↫刀具寿命降低❋所以✉为了保证零件尺寸精度和形位公差而不得不使用PCBN刀具时⅔通常加以涂层来保护PCBN刀具⅛增加其耐用度❈除了上述典型应用外♩PCBN刀具还可以用于切削镍基高温合金Ζ表面硬化合金↡硬质合金Μ陶瓷¼粉末冶金等材料✂在加工效率♜工件尺寸精度⅝表面粗糙度以及刀具耐用度上具有良好的优势↓得到广泛的应用⅔

3.结语

PCBN刀具加工效率高➙刀具寿命长♕加工成本低➧在灰铸铁Ρ淬硬钢类的黑色金属加工领域已得到了广泛应用♞同时又可以进行高温合金↕ 热喷涂材料↵ 硬质合金及其他难加工材料的高速切削加工★可实现以车代磨♊大幅度提高了加工效率☸PCBN刀具的应用解决了黑色金属硬态切削的加工难题✶对于推动高速切削加工技术有十分重要的意义<

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